CAD蛇形彎管三維建模

2013-06-01 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

通過使用在AutoCAD中建立管道的三維模型,得到結(jié)構(gòu)的相貫線,然后利用標注、查詢等功能獲取管道展開所需要的素線實長,進行管道展開圖繪制的方法,可以大大降低復雜管道(蛇形彎管)的加工維修難度。此法在攀鋼氧氣廠的管道維修及制作過程中發(fā)揮了重要作用,具有一定的實用價值。

茍在彥
關(guān)鍵字:蛇形彎管制氧機 AutoCAD

蛇形彎管是一種較復雜的工程管道,其放樣及加工制作難度較大,特別是三節(jié)以上的蛇形彎難度更大。目前一般的做法有:1.利用手工放樣,進行兩次以上的換面,以求取蛇形彎管各節(jié)的真實夾角、錯心差及實形等,然后制作展開樣板;2.利用計算方法或編制展開程序獲得展開圖;3.利用現(xiàn)有的展開軟件進行參數(shù)化展開。其中方法1由于多次換面難度較大、作圖煩瑣,不適合大尺寸結(jié)構(gòu)件;方法2的理論水平要求較高,不適合一般設計人員;方法3則需專用軟件,而專用軟件并不普及?；谏鲜鲈?筆者開發(fā)了一種可以有效解決這類問題的技術(shù),它包含兩方面內(nèi)容:三維建模和展開放樣。此方法在攀鋼氧氣廠的管道維修及制作過程中發(fā)揮了重要作用。

攀鋼氧氣廠現(xiàn)具有國產(chǎn)6000m3/h制氧機組3套,國產(chǎn)10000m3/h和16000m3/h制氧機組各1套,日立6000m3/h和日立10000m3/h制氧機組各1套。現(xiàn)階段實際全廠氧氣生產(chǎn)規(guī)模為54000m3/h,承擔著為攀鋼及周邊地區(qū)供應氧氣的重任。廠區(qū)內(nèi)管道種類眾多,尤以蛇形彎管為甚,管道加工制作及維修的任務較為繁重

一、主要設計思想

在制氧機組維護和管道安裝施工中,常常涉及到蛇形彎管。制作蛇形彎管的樣板是非常煩瑣的事情,尤其是多節(jié)蛇形彎管,傳統(tǒng)計算方法和放樣結(jié)果精度不高,經(jīng)常會出現(xiàn)放樣結(jié)果不符合實際要求的情況,導致制作時費時、費力、費料。由于AutoCAD繪圖軟件擁有強大的計算、測量和繪圖功能,目前被廣泛應用于工程繪圖中。本文在AutoCAD中建立管道的三維模型,利用標注、查詢等功能獲取管道展開所需要的素線實長,進行管道展開圖繪制的方法,可以大大降低復雜管道(蛇形彎管)樣板制作的難度。

二、三維建模

所需蛇形彎管如圖1所示,建立三維實體并做展開圖。

CAD蛇形彎管三維建模autocad案例圖片1

CAD蛇形彎管三維建模autocad案例圖片2

1.關(guān)鍵點(中心點)的精確定位

根據(jù)平面視圖及尺寸關(guān)系畫出中心點A、B、C、D和E,其中確定C、D兩點時需重新確定三維坐標系(即Z軸矢量向上,原點為E點)。以E點為圓心,500為半徑畫圓,過E點做垂直構(gòu)造線,與此圓相交于D,再以D為圓心,260為半徑畫圓,與此構(gòu)造線相交于C。至此,5個關(guān)鍵點及其中心線的空間定位完畢。關(guān)鍵點的定位如圖2所示。

2.求做相貫面(線)

以B點為原點,中心線AB及BD為X、Y坐標軸建立坐標系;分別以A、B、D為圓心,150為半徑畫三個圓,并分別做它們兩兩之間的外公切線,其交點為F、G,線段FG即為所求的相貫面(線)。同理可在CD與BD相交的面上做出其相貫面(線)MN。FG、MN就是接下來做剖切截斷面的基礎。相貫面如圖3所示。

CAD蛇形彎管三維建模autocad案例圖片3

CAD蛇形彎管三維建模autocad案例圖片4

3.做三維實體圖

以中心線AB為Z軸矢量做圓柱體的步驟如下:首先建立以AB為Z軸矢量的三維坐標系,以A點為圓柱體底面圓圓心,150為半徑,AB(稍長)為高做圓柱體。同理,可分別以中心線BD、CD為Z軸矢量做圓柱體。制作后效果如圖4所示。

4.做剖切截斷面

做管Ⅰ和管Ⅱ剖切截斷面的步驟如下:對管Ⅰ和管Ⅱ求交集,并對其進行分解,分解到僅剩下簡單的線為止,此時會看到過F、G兩點的相貫曲面,此曲面即為管Ⅰ和管Ⅱ真正的剖切截斷面,在此曲面上任取非F、G兩點的任意一點P,以備下一步剖切之用,同理可做出管Ⅱ和管Ⅲ的剖切截斷面MNS。做好的剖切截斷面如圖5所示。

CAD蛇形彎管三維建模autocad案例圖片5

CAD蛇形彎管三維建模autocad案例圖片6

5.做蛇形彎管實體圖

以步驟3的方法做出如圖4所示的實體圖,然后分別以斷面FGP及MNS剖切管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ,并對留下的三部分做合并運算,得到蛇形彎管實體圖,如圖6所示。

三、做展開圖

1.做表面素線

將實體圖展開的方法很多,如可通過標注、查詢等方法獲得素線實長求做展開圖,以及通過復制邊或復制面命令做展開圖等。但較簡便的方法是通過“分解”命令將實體循環(huán)執(zhí)行“選中→分解”,直到只剩下簡單的線條為止。然后將底面圓六等分(等分數(shù)越多展開圖越精確)并做出蛇形彎管的表面素線。蛇形彎管的表面素線如圖7所示。

CAD蛇形彎管三維建模autocad培訓教程圖片7

CAD蛇形彎管三維建模autocad培訓教程圖片8

2.做展開圖

通過“復制”命令復制其表面素線,并將它們拼湊成一長方形,然后以150為半徑畫出底面半圓,并將其三等分,做出其對應的表面素線,如圖8(左)所示。然后以300×3.14=942為長度畫出底面圓周的展開線段,在其上以942÷6=157依次取六個點,并延長方形高度方向向上做7條豎直線從而形成一長方形,接著以各節(jié)素線對應高度取點,并用“樣條曲線”功能依次光滑連接各點,最終形成如圖8(右)所示的展開圖。

四、結(jié)論

基于AutoCAD的三維建模及展開技術(shù),從一定程度上解決了以蛇形彎管為代表的復雜結(jié)構(gòu)件的展開問題,其解決之道有以下幾點需要總結(jié):

1.建立適宜的空間坐標系,并按尺寸要求對各關(guān)鍵點進行精確定位。

2.確定各節(jié)彎管的剖切截斷面位置(即三點確定平面原則)。

3.展開圖的做圖方法需要根據(jù)實際情況靈活應用。

另外,盡管像Solidworks、proe等三維軟件也可解決類似的問題,但在實際使用中筆者感到其方法并不太適合此類結(jié)構(gòu)件,所以AutoCAD的三維建模及其展開技術(shù)還是有相當?shù)氖褂脙r值。

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